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2.5验证机械能守恒定律,一、实验原理在只有重力对物体做功的过程，比较物体重力势能的变化量与动能变化量，若满足Ep减Ek增，则说明机械能守恒。二、在自由落体运动中验证机械能守恒定律1.原理让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：,2.实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、_、低压_电源(46V)。,方案二：测出物体下落高度h过程的初、末时刻的速度v1、v2，若关系式_mgh成立，则物体的机械能守恒。,mgh,毫米,刻度尺,交流,3.实验步骤(1)安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路。,(2)打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先_，后_，让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做35次实验。(3)选纸带：选取点迹较为清晰且有两点间的距离约为2mm的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2mm的第一个点作为起始点，记作0，在距离0点较远处再依次选出计数点1、2、3(4)测距离：用刻度尺测出0点到1、2、3的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3,接通电源,接通电源,过原点且斜率为g的直线,5.误差分析重物下落要克服阻力做功，因此减小的重力势能略大于增加的动能。6.注意事项(1)尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力。应选用质量和密度较大的重物，以减小空气阻力的影响。(2)实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直。接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带。,三、利用摆球与DISlab系统验证机械能守恒定律1.实验原理,2.实验步骤(1)在铁架台上端用铁架悬挂一个摆球。(2)在方格纸上确定4至5个点作为测量点，并测出各点相对于D点的高度h。(3)分别安装光电传感器，并使之与数据采集器相连接。(4)让小球从某一高度向下摆动，通过光电计时器得到小球通过各点的速度。(5)分别测定摆球在摆动过程中任意时刻的动能和重力势能，研究每一个测量点的机械能的总量是否相等。,3.误差分析(1)本实验中小球在运动过程中受到阻力作用，引起实验中动能的增加量小于重力势能的减小量。(2)光电传感器的灵敏度对实验结果也有影响。4.注意事项(1)小球运动时，应使其轨迹在同一竖直面内，避免做圆锥摆运动。(2)调整带方格纸的木板，应使其竖线在竖直方向上。(3)为准确测定小球在各位置的瞬时速度，可在小球下部安置一块挡光片，并确保挡光片在竖直面内。,实验原理及基本操作,例1在利用自由落体运动“验证机械能守恒定律”的实验中，电源的频率为50Hz，依次打出的点为0、1、2、3、4、n，则：(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为_、_、_，必须计算出的物理量为_、_，验证的表达式为_。,(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是_(填写步骤前面的字母)。A.将打点计时器竖直安装在铁架台上。B.先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。C.取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验。D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带。E.选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h3、hn，计算出对应的瞬时速度v1、v2、v3、vn。,A.打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零B.hn是计数点n到起始点0的距离C.必须测量重物的质量D.用vngtn计算vn时，tn(n1)T(T为打点周期),答案AB,数据处理及误差分析,图1,(1)关于上述实验，下列说法中正确的是_。A.重物最好选择密度较小的木块B.重物的质量可以不测量C.实验中应先接通电源，后释放纸带,(2)如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连续的点A、B、C、D、E、F作为计数点，并测出各计数点到O点的距离依次为27.94cm、32.78cm、38.02cm、43.65cm、49.66cm、56.07cm。已知打点计时器所用的电源是50Hz的交流电，重物的质量为0.5kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减小的重力势能Ep_J；重物增加的动能Ek_J，两者不完全相等的原因可能是_。(重力加速度g取9.8m/s2，计算结果保留三位有效数字),(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度v，以各计数点到A点的距离h为横轴，v2为纵轴作出图象，如图丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是_。,答案(1)BC(2)2.142.12重物下落过程中受到阻力作用(3)图象的斜率等于19.52m/s2，约为重力加速度g的两倍，故能验证,针对训练2某同学用如图2甲所示的装置验证机械能守恒定律：,图2,(1)安装打点计时器时，纸带的两个限位孔必须处在同一_线上。(2)接通电源，让打点计时器正常工作后，松开_。(3)将纸带上打出的第一个点记为0，并在离0点较远的任意点依次选取几个连续的点，分别记为1，2，3.量出各点与0点的距离h，算出各点对应的速度，分别记为v1至v6，数据如下表：,表中有一数据有较大误差，代表符号为_。(4)修正数据后，该同学计算出各点对应速度的平方值，并作出v2h图象，如图乙所示，若得出的直线斜率为k，则可测出重力加速度g_。与真实值相比，测出的g值_(选填“偏小”或“偏大”)。,解析(1)根据本实验要求可知：安装打点计时器时，纸带的两个限位孔必须处在同一竖直线上。(2)接通电源，让打点计时器正常工作后，松开纸带，让纸带和重物一起做自由落体运动。(3)根据vgt知，相邻记数点间的v一定相等，所以v3数据误差较大。,用摆球与DISLab系统验证机械能守恒定律,例3某同学研究小球摆动过程中机械能守恒，他用的DIS的装置如图3(a)所示，在实验中，选择以图象方式显示实验的结果，所显示的DIS图象如图(b)所示，图象的横轴表示小球距D点的高度h，纵横表示摆球的重力势能Ep、动能Ek或机械能E。,图3,(1)在图(b)中，表示小球的动能Ek随小球距D点的高度h变化关系的图线是_。(2)根据图(b)所示的实验图象，可以得出的结论是_。,(2)根据题图(b)所示的实验图象可知，小球的动能与重力势能之和等于常数，即只有重力做功时，小球的机械能守恒。答案(1)丙(2)只有重力做功时，小球的机械能守恒,
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